Chapitre 3 : Les convertisseurs alternatifs/continus Les ponts de redressement en triphasé LEE2 ESSTHS INTRODUCTION : Contrairement aux alimentations à faible puissance qui utilisent le plus souvent des réseaux monophasés, les alimentations de puissance utilisent généralement des réseaux triphasés. Pour classer les différents montages auxquels on a affaire, il est pratique d’utiliser la notation « P » pour désigner les montages parallèles de diodes et la notation « PD » pour les montages parallèles double. Cette indication, suivie du nombre q de phases caractérise le montage redresseur. La figure suivante donne le schéma électrique des montages P3 et PD3. Ces deux montages sont les plus communément utilisés pour le redressement de tensions triphasées. (b) Figure 1: Redresseurs triphasés. (a) P3. (b) PD3. 1. Redressement non commandé P3 (diodes) : a. Montage : Figure 2: Redresseurs triphasés P3 tous diodes. La charge est constituée d’une résistance R et d’une inductance L de forte valeur que l’on assimile à un générateur de courant IC. Le réseau de tensions secondaires du transformateur sera noté de la façon suivante : b. Analyse du fonctionnement : Dans ce montage la diode en conduction est celle dont l’anode est reliée à la plus positive des tensions du générateur, les autres sont bloquées. Donc, nous avons à partir de θ = π /6 qu’on appelle l’angle d’amorçage naturel. Les intervalles de conduction sont les suivants : R. JALLOULI 2 LEE2 ESSTHS c. Formes d’ondes des différentes grandeurs : Figure 3: Formes d’ondes des différentes grandeurs d’un redresseur P3 toutes diodes. d. Etude des tensions : La tension redressée uC est périodique de période T/3. R. JALLOULI 3 LEE2 ESSTHS Valeur moyenne de la tension de sortie uC : 5𝜋 3 5𝜋/6 3 5𝜋/6 3𝑉𝑚 3𝑉𝑚 √3 √3 ∫ ∫ [ + ] 𝑈𝐶𝑚𝑜𝑦 = 𝑣1 (𝜃)𝑑𝜃 = 𝑉𝑚 sin 𝜃 𝑑𝜃 = [− cos(𝜃)]𝜋6 = 2𝜋 𝜋/6 2𝜋 𝜋/6 2𝜋 2𝜋 2 2 6 3√3 𝑉 = 0.827𝑉𝑚 2𝜋 𝑚 = On a 𝑉𝑚 = 𝑉√2 𝑑𝑜𝑛𝑐 𝑈𝐶𝑚𝑜𝑦 = 3√6 𝑉 2𝜋 Valeur efficace de la tension de sortie UC : 5𝜋 2 𝑈𝐶𝑒𝑓𝑓 5𝜋 6 3 3𝑉𝑚 2 6 1 − cos(2𝜃) 3𝑉𝑚2 sin(2𝜃) 5𝜋 2 ∫ (𝑉𝑚 sin 𝜃) 𝑑𝜃 = ∫ ( = ) 𝑑𝜃 = [𝜃 − ]𝜋6 2𝜋 𝜋 2𝜋 𝜋 2 4𝜋 2 6 6 6 5𝜋 𝜋 3𝑉𝑚2 5𝜋 𝜋 sin ( 3 ) − sin(3 ) 1 3 2𝜋 = [ − − ] = 𝑉𝑚2 ( + sin( )) 4𝜋 6 6 2 2 4𝜋 3 1 3 2𝜋 𝑈𝑈𝐶𝑒𝑓𝑓 = 𝑉𝑚 √ + 𝑠𝑖𝑛 ( ) = 2 4𝜋 3 Facteur de forme FF : 𝐹𝐹 = 0.84𝑉𝑚 𝑈𝐶𝑒𝑓𝑓 = 𝑈𝐶𝑚𝑜𝑦 0.827𝑉𝑚 = 1.0157 e. Etude des courants : Courants dans les diodes: 𝑖𝑚𝑎𝑥 = 𝐼𝐶 5𝜋 𝑖𝑚𝑜𝑦 5𝜋 6 1 𝐼𝐶 𝐼 [𝜃]𝜋6 = 𝐶 ∫ 𝐼𝐶 𝑑𝜃 = = 2𝜋 𝜋 2𝜋 3 6 6 2. Redressement commandé P3 (tous thyristors) : a. Montage : Figure 4: Redresseurs triphasés P3 tous thyristors. b. Analyse du fonctionnement : Afin de simplifier l’étude, on se place dans les mêmes conditions que celles rencontrées pour les redresseurs non commandés. Pour analyser le fonctionnement on suppose que l’impulsion R. JALLOULI 4 LEE2 ESSTHS envoyée sur T1 avec un retard ψ par rapport à l’amorçage que l’on aurait eu s’il y avait des diodes (θ = π/6) provoque la mise en conduction de ce thyristor. L’impulsion envoyée sur T2 avec un décalage de 2π/3 par rapport à celle de T1 doit assurer la mise en conduction de T2 et le blocage de T1. De même L’impulsion envoyée sur T3 avec un décalage de 2π/3 par rapport à celle de T2 doit assurer la mise en conduction de T3 et le blocage de T2. Les intervalles de conduction sont les suivants : c. Formes d’ondes des différentes grandeurs pour ψ = π/6 Figure 5: Formes d’ondes des différentes grandeurs d’un redresseur P3 tous thyristors R. JALLOULI 5 LEE2 ESSTHS d. Valeur moyenne de la tension Uc La tension redressée Uc est périodique de période T/3. 5𝜋 𝑈𝐶𝑚𝑜𝑦 5𝜋 +𝜓 +𝜓 5𝜋 6 6 3 3 3𝑉𝑚 3𝑉𝑚 √3 +𝜓 ( ) ( ) ∫ ∫ [ ] = 𝑣1 𝜃 𝑑𝜃 = 𝑉𝑚 sin 𝜃 𝑑𝜃 = [− cos 𝜃 ]𝜋6 = +𝜓 2𝜋 𝜋+𝜓 2𝜋 𝜋+𝜓 2𝜋 2𝜋 2 6 6 6 3 𝜋 5𝜋 = 𝑉𝑚 [cos ( + 𝜓) − cos ( + 𝜓)] 2𝜋 6 6 𝜋 5𝜋 𝜋 𝜋 5𝜋 5𝜋 [cos ( + 𝜓) − cos ( + 𝜓)] = 𝑐𝑜𝑠 𝜓𝑐𝑜𝑠 − 𝑠𝑖𝑛𝜓𝑠𝑖𝑛 − 𝑐𝑜𝑠 𝜓𝑐𝑜𝑠 + 𝑠𝑖𝑛𝜓𝑠𝑖𝑛 6 6 6 6 6 6 Or : 𝑐𝑜𝑠 5𝜋 𝜋 5𝜋 𝜋 = − 𝑐𝑜𝑠 𝑒𝑡 𝑠𝑖𝑛 = sin 𝑑𝑜𝑛𝑐 6 6 6 6 𝜋 = 2𝑐𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑠𝜓 = √3𝑐𝑜𝑠𝜓 6 𝑈𝐶𝑚𝑜𝑦 = 𝜋 5𝜋 [cos ( + 𝜓) − cos ( + 𝜓)] 6 6 3√3𝑉𝑚 cos(𝜓) 2𝜋 3. Redressement non commandé PD3 (diodes) : Ce montage peut être considéré comme résultant de l’association convenablement menée d’un montage à anodes communes et d’un montage à cathodes communes. Montage : V+ Figure 6: Redresseurs triphasés PD3 tous diodes. a. Analyse du fonctionnement La tension de sortie uc est alors donnée par : uc(θ) = V+(θ) – V-(θ) Cette relation permet de prédéterminer ce que doit être la forme de la tension de sortie UC(θ). Ainsi, dans l’intervalle [π/6, π/2], la tension V+(θ) = v1(θ) et V-(θ) = v2(θ) donc uc(θ) = u12(θ) sur cette intervalle. En opérant par intervalles successifs, il est alors possible d’établir le tableau suivant : R. JALLOULI 6 LEE2 ESSTHS b. Valeur moyenne de la tension de sortie UC : La relation : uc(θ) = V+(θ) – V-(θ) permet aussi de calculer la valeur moyenne de la tension uc: 𝑈𝐶𝑚𝑜𝑦 1 𝑇 1 𝑇 + 1 𝑇 − ( ) ( ) ( ) = ∫ 𝑢𝑐 𝜃 𝑑(𝜃) = ∫ 𝑉 𝜃 𝑑 𝜃 − ∫ 𝑉 (𝜃)𝑑(𝜃) 𝑇 0 𝑇 0 𝑇 0 Avec 1 𝑇 + 3√3𝑉𝑚 1 𝑇 − 3√3𝑉𝑚 ∫ 𝑉 (𝜃 )𝑑 (𝜃 ) = ∫ 𝑉 (𝜃)𝑑(𝜃) = − 𝑒𝑡 𝑇 0 2𝜋 𝑇 0 2𝜋 Donc 𝑈𝐶𝑚𝑜𝑦 = 3√3𝑉𝑚 𝜋 c. Etude des courants : 𝑖𝐷1𝑚𝑎𝑥 = 𝐼𝐶 𝑖𝐷1𝑚𝑜𝑦 5𝜋 5𝜋 6 1 𝐼𝐶 𝐼𝐶 [𝜃]𝜋6 = ∫ 𝐼𝐶 𝑑𝜃 = = 𝜋 2𝜋 2𝜋 3 6 6 5𝜋 𝑖𝐷1𝑒𝑓𝑓 R. JALLOULI 5𝜋 6 6 1 1 𝐼𝑐 𝐼𝑐 = √ ∫ 𝑖12 𝑑𝜃 = √ ∫ 𝐼𝑐2 𝑑𝜃 = 𝑑𝑜𝑛𝑐 𝑖𝐷1𝑒𝑓𝑓 = 2𝜋 𝜋 2𝜋 𝜋 √3 √3 6 6 7 LEE2 ESSTHS d. Formes d’ondes des différentes grandeurs : Figure 7: Formes d’ondes des différentes grandeurs d’un redresseur PD3 tous diodes 4. Redressement commandé PD3 (tous thyristors) : a. Montage : Figure 8: Redresseurs triphasés PD3 tous thyristors R. JALLOULI 8 LEE2 ESSTHS Ce pont est composé de 6 thyristors. Les thyristors T1, T3 et T5 sont amorcés pendant l’alternance positive des tensions v1, v2 et v3. Les thyristors T2, T4 et T6 sont amorcés pendant l’alternance négative. La référence des angles d’amorçage est toujours l’angle d’amorçage naturel. b. Analyse du fonctionnement Le retard à l’amorçage est ψ ; on détermine la tension V + (θ) pour cette valeur d’angle d’amorçage en suite, on détermine la tension V-(θ) pour la même valeur de l’angle de commande. Il est alors possible de déterminer les grandeurs caractéristiques de ce pont. En opérant par intervalles successifs, il est alors possible d’établir le tableau suivant : c. Valeur moyenne de la tension de sortie UC La relation uC(θ) permet aussi de calculer la valeur moyenne de la tension uC : 1 𝑇 1 𝑇 1 𝑇 𝑈𝐶𝑚𝑜𝑦 = ∫ 𝑢𝑐 (𝜃)𝑑(𝜃) = ∫ 𝑉 + (𝜃)𝑑 (𝜃) − ∫ 𝑉 − (𝜃)𝑑(𝜃) 𝑇 0 𝑇 0 𝑇 0 Avec 1 𝑇 + 3√3𝑉𝑚 1 𝑇 − 3√3𝑉𝑚 ∫ 𝑉 (𝜃 )𝑑 (𝜃 ) = ∫ 𝑉 (𝜃)𝑑(𝜃) = − cos 𝜓 𝑒𝑡 cos 𝜓 𝑇 0 2𝜋 𝑇 0 2𝜋 Donc 𝑈𝐶𝑚𝑜𝑦 = 3√3𝑉𝑚 cos 𝜓 𝜋 A noter que : ● Pour ψ<π /2 : UCmoy>0 ● Pour ψ=π /2 : UCmoy=0 ● Pour ψ>π /2 : UCmoy<0 , dans ce cas, la puissance PC = UCmoy IC est inférieure à zéro. Donc la puissance est transmise du moteur au réseau. R. JALLOULI 9 LEE2 ESSTHS d. Formes d’ondes des différentes grandeurs ψ=π /6 : Figure 9: Formes d’ondes des différentes grandeurs d’un redresseur PD3 tous thyristors. e. Etude des courants : Courants dans les thyristors : 5𝜋 𝑖 𝑇1𝑚𝑜𝑦 +𝜓 5𝜋 6 1 𝐼𝐶 𝐼𝐶 +𝜓 [𝜃]𝜋6 ∫ = 𝐼𝐶 𝑑𝜃 = = +𝜓 2𝜋 𝜋+𝜓 2𝜋 3 6 6 5𝜋 𝑖 𝑇1𝑒𝑓𝑓 R. JALLOULI +𝜓 6 1 𝐼𝑐 𝐼𝑐 =√ ∫ 𝐼𝑐2 𝑑𝜃 = 𝑑𝑜𝑛𝑐 𝑖𝐷1𝑒𝑓𝑓 = 2𝜋 𝜋+𝜓 √3 √3 6 10 LEE2 ESSTHS f. Courant efficace et facteur de puissance secondaire : Courant secondaire efficace : 𝜋 𝐼1𝑒𝑓𝑓 𝜋 1 56 1 56 2 = √ ∫ 𝑖12 𝑑𝜃) = √ ∫ 𝐼𝐶2 𝑑𝜃) = 𝐼𝑐 √ 𝜋 𝜋 𝜋 𝜋 3 6 6 Puissance de la charge : 𝑃𝑐 = 𝑈𝑐 . 𝐼𝑐 = Puissance apparente secondaire : 3√3 cos 𝜓 𝐼𝑐 𝜋 𝑆 = 3𝑉𝐼1 = 3 𝑉𝑚 2 𝐼𝑐 √ = √3𝑉𝑚 𝐼𝑐 3 √2 Facteur de puissance : 𝑓𝑠 = R. JALLOULI 𝑃𝑐 3 = 𝑐𝑜𝑠𝜓 𝑆 𝜋 11
